Comprendre les bases du subsurface scattering en 3D

Mis à jour le : 1 mars, 2024

Subsurface scattering : quand la 3D imite la nature

Bonjour à tous les passionnés de 3D et les curieux en quête de nouvelles connaissances ! Aujourd’hui, on va parler d’un sujet passionnant pour donner vie à vos créations en 3D : le subsurface scattering, ou SSS pour les intimes. Vous ne savez pas de quoi il s’agit ? Pas d’inquiétude. Que vous soyez débutant, intermédiaire ou simplement curieux, cet article va vous éclairer sur le sujet.

Lorsque le subsurface scattering est bien maîtrisé, il peut grandement améliorer le réalisme et l’esthétique des objets translucides dans vos scènes 3D. C’est pourquoi il est important de le comprendre et d’apprendre à le manipuler afin de créer des rendus plus convaincants et immersifs, en particulier pour les objets et les matériaux qui interagissent de manière complexe avec la lumière.

Comprendre le subsurface scattering

1. Définition du subsurface scattering

Le subsurface scattering, ou diffusion sous la surface en français, est un phénomène optique qui se produit lorsque la lumière interagit avec des matériaux translucides. Vous savez, quand vous placez votre main près d’une lampe et qu’elle devient légèrement rougeâtre ? C’est exactement ça, le SSS !

2. L’interaction de la lumière avec les matériaux translucides

Alors, pour vraiment cerner le SSS, on doit d’abord comprendre comment la lumière interagit avec les matériaux translucides. Imaginez un miroir, par exemple. Lorsque la lumière atteint sa surface, elle rebondit simplement, n’est-ce pas ? Eh bien, c’est un peu différent pour les matériaux translucides.

Lorsque la lumière rencontre un matériau translucide, elle ne rebondit pas uniquement à la surface, mais elle plonge à l’intérieur. C’est un peu comme si la lumière faisait une petite visite guidée à l’intérieur du matériau. Au cours de cette « visite », trois choses se produisent :

Absorption : la lumière, telle une éponge, se fait « boire » par le matériau. Une partie de l’énergie lumineuse est absorbée et transformée en chaleur.
Diffusion : la lumière non absorbée se fraie un chemin à travers le matériau et se disperse dans différentes directions.
Réémission : à un moment donné, la lumière diffusée a assez joué à cache-cache et décide de ressortir du matériau. C’est à ce moment-là qu’elle révèle cet aspect doux et légèrement brillant, caractéristique des matériaux translucides.

Maintenant que vous avez une meilleure idée de la façon dont la lumière interagit avec les matériaux translucides, passons à quelques exemples concrets de SSS que nous rencontrons dans notre quotidien.

3. Exemples concrets de SSS dans la vie réelle (peau, cire, lait, fruits, etc.)

Le subsurface scattering, ce n’est pas que de la théorie ! On le rencontre tous les jours dans notre quotidien. On observe régulièrement ce phénomène dans divers objets et matériaux, comme en témoignent les exemples énumérés dans le tableau suivant :

Matériau	Description
La peau humaine	Le SSS capte la lumière, la diffusant à travers les couches de la peau pour lui donner son aspect doux et vivant.
Les fruits et légumes	Grâce au SSS, la lumière traverse leur surface, accentuant leur translucidité et mettant en valeur leur texture juteuse.
Les feuilles et pétales	Le SSS joue un rôle clé en permettant à la lumière de traverser ces structures, les rendant vibrantes et éclatantes.
La cire des bougies	Le SSS est responsable de l'aspect chaleureux et translucide de la cire quand elle est éclairée.
Le marbre et pierres semi-précieuses	Le SSS accentue l'éclat de ces matériaux, révélant leur profondeur et leurs nuances uniques.
Le lait et certaines boissons	C'est le SSS qui donne au lait cet aspect doux et crémeux, en diffusant la lumière à travers le liquide.
Matières plastiques translucides	En utilisant le SSS, on peut imiter la manière dont la lumière interagit avec des matériaux naturels, rendant ces plastiques plus réalistes.

Ainsi, le subsurface scattering est un phénomène naturel que nous rencontrons fréquemment dans la vie de tous les jours, et sa compréhension est essentielle pour reproduire de manière réaliste certains objets et matériaux en modélisation 3D.

Les principes de base du subsurface scattering en 3D

1. Les différents types de matériaux translucides en 3D

Dans le domaine de la 3D, il est possible de reproduire une grande variété de matériaux translucides afin de simuler le SSS. Ces matériaux se répartissent généralement en deux catégories : les matériaux simples (tel que le plastique) et les matériaux complexes (comme la peau humaine). Chaque type de matériau possède des propriétés spécifiques qui influencent la manière dont la lumière interagit avec celui-ci.

2. Quels sont les principaux paramètres à régler pour le subsurface scattering ?

Pour obtenir des effets de SSS réalistes et adaptés à votre scène 3D, il est essentiel de maîtriser les principaux paramètres suivants :

La profondeur de pénétration (scale/radius), qui détermine la distance que la lumière parcourt à l’intérieur du matériau avant d’être diffusée ou absorbée.
La couleur de diffusion, qui détermine la couleur de la lumière diffusée à l’intérieur du matériau.
L’intensité de la diffusion, qui contrôle la quantité de lumière diffusée à travers le matériau.
L’indice de réfraction (IOR), qui détermine la manière dont la lumière est réfractée lorsqu’elle entre ou sort du matériau, influençant ainsi l’aspect général du SSS.

3. Les techniques courantes pour simuler le SSS en 3D

Plusieurs méthodes permettent de simuler le SSS en 3D, parmi lesquelles les plus courantes sont :

Raytracing : cette technique suit le chemin des rayons lumineux et calcule leur interaction avec les objets de la scène. Elle produit des rendus de qualité, mais peut être coûteuse en termes de temps de rendu.

Path tracing : similaire au raytracing, cette méthode génère des images plus réalistes en prenant en compte les multiples rebonds de la lumière. Bien que plus précise, elle peut également être plus gourmande en ressources et en temps de rendu.

Chacune de ces techniques a ses avantages et ses inconvénients en termes de qualité et de temps de rendu. À vous de choisir celle qui convient le mieux à votre projet !

Mettre en pratique le subsurface scattering dans un logiciel 3D

1. Choix d’un logiciel 3D

Pour vous initier au subsurface scattering, il vous faudra choisir un logiciel 3D adapté. Parmi les options disponibles, on trouve Blender, Maya ou 3ds Max. Blender est une excellente option pour les débutants, car il est gratuit et dispose d’une communauté dynamique prête à vous aider.

2. Comment le SSS fonctionne dans Blender ?

Dans Blender, le subsurface scattering est géré par les moteurs de rendu Cycles et Eevee. Cycles fait appel au path tracing afin de simuler l’interaction entre la lumière et les matériaux, tandis qu’Eevee est un moteur de rendu en temps réel.

Pour en savoir plus sur les différences entre Cycles et Eevee, cliquez ici.

Pour travailler avec le SSS dans les deux moteurs, on peut utiliser deux shaders principaux : le node Principled BSDF et le node Subsurface Scattering.

Le Shader « Principled BSDF » est un shader polyvalent qui inclut une section dédiée au subsurface scattering. Il permet de créer des matériaux réalistes avec divers effets, dont le SSS, en ajustant simplement quelques paramètres. Ce shader est recommandé pour ceux qui souhaitent obtenir rapidement un rendu réaliste sans trop se soucier des détails techniques.

Le Shader « Subsurface Scattering », en revanche, est spécialement conçu pour simuler l’effet SSS de manière précise. Il offre un contrôle plus direct sur l’effet SSS, ce qui peut être utile pour des matériaux spécifiques ou des situations où vous souhaitez ajuster finement l’apparence du subsurface scattering.

3. Les erreurs courantes liées à l’application du SSS

Après avoir abordé le fonctionnement du SSS dans un logiciel comme Blender, voici quelques erreurs fréquentes à éviter lors de l’application du subsurface scattering à vos matériaux :

Utiliser des valeurs de SSS trop élevées : cela peut entraîner un rendu irréaliste et rendre le matériau trop translucide. Essayez d’ajuster les valeurs de SSS avec parcimonie pour obtenir un rendu plus naturel.

Négliger l’importance de l’éclairage : l’éclairage joue un rôle crucial dans la mise en valeur du subsurface scattering. Assurez-vous d’utiliser une configuration d’éclairage appropriée pour révéler l’effet de SSS.

Ignorer les paramètres de « Radius » et « Color » : ces paramètres ont un impact significatif sur l’apparence du SSS. Il est essentiel de les ajuster en fonction du matériau pour obtenir un rendu réaliste.

Réponses aux questions les plus courantes

1. Puis-je utiliser le subsurface scattering dans d’autres logiciels de modélisation 3D que Blender ?

Oui, le subsurface scattering est une technique largement utilisée dans de nombreux logiciels de modélisation 3D, tels que Maya, 3ds Max, Cinema 4D et Houdini. Les méthodes d’application du SSS et les paramètres disponibles peuvent varier d’un logiciel à l’autre, mais les principes de base restent les mêmes.

2. Est-il possible d’obtenir des rendus réalistes sans utiliser le subsurface scattering ?

Bien que le subsurface scattering puisse grandement contribuer à la réalisation de rendus réalistes, il est possible d’obtenir des résultats satisfaisants sans l’utiliser, notamment pour des matériaux qui n’ont pas de propriétés translucides marquées. Cependant, pour des matériaux tels que la peau, la cire ou les fruits, le SSS est essentiel pour obtenir un rendu réaliste.

3. Comment optimiser le temps de rendu sans sacrifier la qualité du subsurface scattering ?

Pour optimiser le temps de rendu, vous pouvez réduire le nombre de rebonds de lumière, utiliser des méthodes d’éclairage optimisées, ou recourir à des textures de bump ou de normal maps pour ajouter de la profondeur à votre matériau.

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À propos de l’auteur

Diplômé d’un master en informatique, j’ai adopté Blender comme mon terrain de jeu favori depuis 4 ans. Quand je ne suis pas en train d’explorer Blender ou de regretter mes années Xbox, je tente d’apprendre l’italien à Turin. Et, spoiler : la 3D, c’est plus facile !